KR20070107649A - 코팅물의 패턴화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 a) 홈부를 갖는 기판의 상기 홈부에 코팅물을 충진하는 단계; b) 평판을 상기 기판의 홈부가 구비된 면에 압착하여 상기 홈부에 충진된 코팅물을 평판으로 전사하는 단계; 및 c) 상기 평판으로 전사된 코팅물을 피인쇄체의 피인쇄면에 접촉시킴으로써 상기 평판 상의 코팅물을 상기 피인쇄체에 전사하는 단계를 포함하는 코팅물의 패턴화 방법을 제공한다. 이 방법은 공정이 간단하고, 코팅물, 바람직하게는 전자 소재와 같은 기능성 물질을 고정밀 및 고속도로 균일하게 미세 패턴화할 수 있다.

코팅, 패턴 형성

Description

코팅물의 패턴화 장치{APPARATUS FOR PATTERNING COATINGS}

도 1 및 도 2는 본 발명의 하나의 실시 상태에 따른 방법 중 기판상에 코팅물을 도포한 후 닥터 블레이드법을 이용하여 상기 기판의 홈부에만 코팅물을 충진시키는 과정을 나타낸 도면,

도 3 및 도 4는 본 발명의 하나의 실시 상태에 따른 방법 중 코팅물이 충진되어 있는 홈부를 갖는 기판상에 평판 블랑킷을 압착하여 상기 기판의 홈부에 충진된 코팅물을 평판 블랑킷으로 전사하는 과정을 나타낸 도면,

도 5 및 도 6은 본 발명의 하나의 실시 상태에 따라 평판 블랑킷 상의 코팅물을 피인쇄체로 전사하는 과정을 나타낸 도면,

도 7은 평판을 상하(z축)로 이동시키는 평판의 제1이송장치를 나타낸 도면,

도 8은 평판을 좌우(y축), 전후(x축), 및 θ축으로 이동시키는 평판의 제2이송장치를 나타낸 도면이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

11 : 닥터 블레이드(doctor blade) 12 : 평판 블랑킷

13 : 평판 블랑킷 지지부 14 : 기판

14a : 돌출부 14b : 홈부

14c : 기판 지지부 15 : 피인쇄체

15a : 피인쇄체 지지부 16 : 지지부 고정 프레임

17a, 17b, 17c, : 코팅물 21 : 제1조절스크루

22 : 이동지지프레임 23 : 제2조절스크루

24 : 제3조절스크루 25 : 스텝핑 모터(stepping motor)

본 발명은 코팅물의 패턴화 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 반도체 회로 또는 TFT-LCD나 플라즈마 디스플레이의 컬러필터 등 정밀 패턴이 요구되는 전자기 기록, 화상, 및 회로 장치와 같은 전자소자의 핵심부품을 구성하기 위하여 사용되는 도전성 또는 광학적 특성을 갖는 물질 등의 기능성 물질을 고정밀 및 고속으로 균일하게 미세 패턴화하는 방법에 관한 것이다.

전자 기기의 크기가 줄어들면서 전자부품에 대해 높은 집적도가 요구되기 시작되었고, 전자재료의 패터닝(patterning)에 목적에 따라 수 마이크론 혹은 그 이하의 정밀도가 요구되고 있다. 현재 광범위하게 쓰이고 있는 포토리소그라피(photolithography)는 상기와 같은 고도의 정밀도를 제공할 수 있다.

특히, 최근 디스플레이 산업을 주도하는 TFT-LCD 산업이나 플라즈마 디스플레이 분야, 또는 반도체 분야에서, 컬러필터 또는 반도체 회로 형성을 위한 기능성 물질을 미세 패턴화하는 방법으로 포토리소그라피(photolithography)가 많이 이용되고 있다.

그러나, 포토리소그라피(photolithography)는 많은 문제점을 가지고 있다. 즉, 포토리소그라피는 패터닝하고자 하는 전자재료층 위에 우선 포토레지스트층을 형성하고, 이 포토레지스트층을 선택적으로 노광한 후 현상하는 공정을 거쳐야 하고, 전자재료층을 패턴화한 후에 포토레지스트층을 제거해야 하는 공정을 거쳐야 하므로, 공정이 매우 복잡하다.

또한, 생산 장비도 고가이며 장비의 규모도 매우 큰 문제가 있다. 그리고, 상기 공정 중에는 필요하지 않은 부분에도 재료의 코팅이 이루어지므로 재료의 낭비가 크게 발생하는 문제가 있다.

더욱이, 상기 방법의 공정성 확보를 위하여 단파장의 빛에 반응하는 감광성 물질을 전자 소재에 섞어야 하므로, 이는 재료 원가의 상승요인이 되어 왔고, 또한 전자 소재 자체가 갖는 전도성, 전자기 또는 광학적 성질의 저하 요인이 되기도 하였다.

특히, 상기 방법에 사용되는 레지스트(resist)와 같은 재료는 상기 방법의 공정성 확보를 위하여 다양한 감광성 물질과 코팅 보조 재료를 함유하여야 하므로, 원가가 매우 높고 저장안정성이 낮은 단점이 있다. 게다가, 상기 방법에서는 레지스트 같은 재료의 감도를 정량하기 위하여 막대한 시간과 비용이 요구되는 것으로 알려져 있다.

상기 포토리소그라피법을 극복하기 위한 방법으로서, 롤 프린팅법(roll printing)이 알려져 있는데, 이 방법은 종래의 고전적 인쇄 방법을 전자 소재의 패턴의 전사에 전용한 것으로, 롤에 감겨있는 블랑킷을 전자 소재가 충진된 홈을 갖 는 기판과 피인쇄체를 차례로 굴리는 방식으로 수행된다.

롤 프린팅법은 노광, 현상 등의 과정을 생략할 수 있고, 패턴화하고자 하는 재료에 감광 물질을 첨가하지 않아도 되며, 공정이 단순하고 장비의 크기를 획기적으로 줄일 수 있다.

그러나, 롤 프린팅 기술은 본래 인쇄 면적이 작은 잡지나 책 등의 출판을 위한 인쇄법으로 사용되던 것으로서, 이를 대형 기판에 전자 소재의 패턴을 형성하는데 응용하기에는 한계가 있다.

우선, 롤 프린팅법은 롤의 굴러가는 속도나 방향, 패턴화하고자 하는 전자 소재의 두께, 롤에 가해지는 압력에 따라 형성되는 패턴이 크게 좌우되며, 원통인 롤의 곡면에서 평판으로 패턴이 전사될 때 패턴의 왜곡이 일어나는 문제가 있다.

또한, 전자 소재의 균일한 코팅을 위해서는 롤의 정밀가공과 롤에 감는 블랑킷의 두께 제어, 전자 소재의 코팅시 노즐의 위치 및 각도 제어 등 많은 변수를 고려해야 한다.

구체적으로는, 롤 프린팅법에 사용하는 롤 몸통의 고정밀 가공이 어렵고, 롤몸통의 곡률에서 오는 변형 때문에 롤에 블랑킷(blanket)을 균일하게 부착하기 어려워, 블랑킷에 코팅액의 균일한 도포가 어렵다. 이로 인하여, 코팅이 되지 않는 부위가 생기거나 잔사가 남는 등의 완벽한 패턴형성에 많은 제약들이 있다.

또한, 상기 방법의 가장 큰 단점이 롤을 대형화할수록 롤의 하중으로 인하여 발생하는 롤의 휨이다. 그리고, 롤이 굴러갈 수 있도록 바퀴 역할을 하는 롤의 양 옆에 장착된 기어휠(gear wheel)이 롤 하중으로 인하여 마모 또는 변형되고, 이로 인하여 롤 표면과 피인쇄 기판 사이의 간격이 일정하게 유지되지 못하는 문제가 있다. 또한, 상기 방법은 대형 기판에 적용시 시간이 많이 소요되는 문제가 있다.

이와 같은 문제로 인하여, 현재 기술 공정에서는 롤 프린팅법이 많이 사용되지 않고 있으며, 전술한 단점들을 가지고 있는 포토리소그라피법이 더 많이 이용되고 있다. 따라서, 전술한 문제점들을 극복할 수 있는 기능성 물질의 패턴화 방법의 개발이 요구되고 있다.

전술한 바와 같이, 종래 기술에서는 전자 소재와 같은 기능성 물질을 미세 패턴화하는데 공정성, 비용, 코팅 균일성, 정밀성 및 속도 제어 등에 문제가 있었다.

따라서, 본 발명은 공정 단계가 간단하고, 비용이 비교적 저렴하며, 코팅 균일성, 고정밀 및 고속도를 보장할 수 있는 기능성 물질의 패턴화 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 하나의 실시상태는 a) 홈부를 갖는 기판의 상기 홈부에 코팅물을 충진하는 단계; b) 평판을 상기 기판의 홈부가 구비된 면에 압착하여 상기 홈부에 충진된 코팅물을 평판으로 전사하는 단계; 및 c) 상기 평판으로 전사된 코팅물을 피인쇄체의 피인쇄면에 접촉시킴으로써 상기 평판 상의 코팅물을 상기 피인쇄체에 전사하는 단계를 포함하는 코팅물의 패턴화 방법을 제공한다.

본 발명의 다른 하나의 실시 상태는 본 발명에 따른 코팅물의 패턴화 방법을 이용하여 전자 소재를 미세 패턴화함으로써 전자소자를 제조하는 전자소자 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 또 다른 하나의 실시 상태는 평판이송장치에 의해 판면을 기준으로 Z축 방향, X축 방향, Y축 방향, 및 θ축 방향으로 이송가능하게 마련된 평판; 상기 평판의 하측에 배치되며, 코팅물이 충진될 수 있는 홈부가 형성된 기판; 상기 기판의 홈부에만 코팅물이 충진될 수 있도록 코팅물의 충진량을 조절하는 충진량조절수단을 포함하며, 상기 충진량조절수단에 의해 상기 홈부에만 코팅물이 충진된 기판을 향해 상기 평판을 이송시키고, 상기 평판과 상기 기판을 압착하여 상기 홈부에 충진된 코팅물을 상기 평판으로 전사한 다음, 상기 평판을 이송시켜 상기 평판의 코팅물을 피인쇄체의 피인쇄면에 전사하여 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 코팅물의 패턴화 장치를 제공한다.

이하에서 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.

본 발명은 코팅물의 패턴화 방법에 관한 것으로서, 목적하는 코팅층의 형성, 코팅층 상에 포토레지스트층의 형성, 포토레지스트층의 선택적 노광, 포토레지스트층의 현상에 의한 포토레지스트층의 패턴화, 패턴화된 포토레지스트층을 이용한 코팅층의 선택적 에칭 및 포토레지스트층의 스트립 등의 복잡한 공정을 거치는 포토리소그래피법과는 달리, 본 발명의 공정은 매우 단순하다.

즉, 본 발명은 하나의 실시상태로서, 홈부를 갖는 기판의 홈부에 코팅물을 충전하고, 평판을 상기 홈부를 갖는 기판에 압착시켜 홈부에 충전된 코팅물을 평판으로 전사한 후, 상기 평판 상의 코팅물을 피인쇄체에 전사하는 공정에 의하여 피 인쇄체에서 코팅물의 패턴화를 달성할 수 있다.

한편, 본 발명은 종래의 롤 프린팅법과는 달리 코팅과정에서 평판을 이용하는 것을 특징으로 한다. 평판은 롤에 비하여 대형화하였을 때 그 하중의 증가를 적게 할 수 있으므로, 평판을 사용하면 롤을 사용하는 경우에 발생하는 롤의 하중에 따른 문제, 즉 롤 또는 롤의 바퀴역할을 하는 기어휠의 변형 등의 문제를 방지할 수 있다.

또한, 평판은 롤에 비하여 정밀가공이 용이하고, 롤의 곡률 변화와 같은 문제가 없으므로, 블랑킷 고무(blanket rubber)를 부착하는 경우 이를 보다 균일하고 견고하게 부착할 수 있고, 이에 따라 코팅액을 보다 균일하게 도포할 수 있다.

또한, 롤 프린팅법은 코팅물을 패턴화하기 위하여 롤을 굴리는 방식을 이용하기 때문에, 코팅물이 요철을 갖는 기판의 돌출부 표면 뿐만 아니라 돌출부의 모서리나 측면에 전사될 가능성이 크고, 이에 따라 피인쇄체에 전사되는 코팅물의 패턴의 정밀성이 떨어지는 문제가 있다.

그러나, 평판을 이용하는 경우, 평판을 홈부를 갖는 기판 및 피인쇄체에 수직방향으로 압착할 수 있으므로, 롤 프린팅법에 비하여 보다 정밀하게 코팅물을 패턴화할 수 있다.

또한, 평판을 이용하는 경우 한 번에 압착하여 코팅물을 패턴화하므로, 롤을 굴리는 방식의 롤 프린팅법에 비하여 보다 빠르게 코팅물을 패턴화할 수 있다.

전자 소재와 같은 기능성 물질의 패턴화 단계에서 상기와 같은 공정의 간소화, 고정밀성, 및 고속성 등은 전자 소자의 생산성을 좌우하는 매우 중요한 요소이 다. 그럼에도불구하고, 아직까지 평판을 이용한 코팅물의 패턴화 방법은 공지된바 없다.

이하에서는 본 발명의 방법을 첨부하는 도면에 기초하여 설명한다. 그러나, 상기 도면의 실시 상태는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 하나의 실시 상태에 따르면, 본 발명의 방법은 a) 홈부를 갖는 기판의 상기 홈부에 코팅물을 충진하는 단계; b) 평판을 상기 기판의 홈부가 구비된 면에 압착하여 상기 홈부에 충진된 코팅물을 평판으로 전사하는 단계; 및 c) 상기 평판으로 전사된 코팅물을 피인쇄체의 피인쇄면에 접촉시킴으로써 상기 평판 상의 코팅물을 상기 피인쇄체에 전사하는 단계를 포함한다. 이 실시 상태는 도 1 내지 도 6에 예시되어 있다.

도 1은 홈부(14b)를 갖는 기판(14)의 홈부(14b)에 코팅물(17a)을 충진하는 공정을 도시한 것이다.

홈부(14b)를 갖는 기판(14)의 홈부(14b)에 코팅물(17a)을 충진하는 방법으로는 특별히 한정되지 않으나, 본 발명의 하나의 실시 상태에 따르면 닥터 블레이드법을 이용할 수 있다.

우선 상기 기판(14)의 돌출부(14a) 사이에 홈부(14b)가 구비된 면에 코팅물(17a)을 도포한다. 코팅물(17a)의 도포는 특별한 방법에 한정되지 않으며, 균일한 용출량을 갖는 캐필러리나 슬릿 코터와 같은 노즐을 이용하여 홈부(14b)를 갖는 기판(14)에 고르게 도포하는 방법을 이용할 수 있다.

이어서, 상기 기판(14)의 홈부(14b)에만 코팅물(17a)이 충진되도록 충진량조절수단의 한 예인 닥터 블레이드(11)로 홈부 외에 존재하는 코팅물을 제거한다. 이 때, 닥터 블레이드(11)는 홈부(14b)를 갖는 기판(14)과 접촉이 좋은 구조 및 부드러운 재질을 갖는 것이 바람직하다. 도 2는 홈부(14b)에만 코팅물(17a)이 충진되어 있는 상태를 도시한 것이다.

상기 홈부(14b)를 갖는 기판(14)의 재질은 평판(12,13) 보다 코팅물에 대한 흡착력이 작은 것이라면 그 재료에 특별히 한정되지 않는다.

다만, 효과적인 잉크 전사를 위해서는 홈부(14b)를 갖는 기판(14)에 의하여 이형성을 갖는 평판(12,13)이 눌려질 수 있어야 하므로, 홈부(14b)를 갖는 기판(14)은 알루미늄, 스테인리스 스틸 등의 금속 혹은 유리와 같은 규소화합물로 이루어진 것이 바람직하다. 이러한 재질로 만든 기판(14)은 표면처리 후 표면에너지를 높이거나 평판(12,13)의 표면처리 후 표면에너지를 낮춤으로써, 기판(14)에서 평판(12,13)으로의 코팅물 전사를 용이하게 만들 수 있다. 기판(14)에는 보통 0.1~100um의 깊이를 갖는 패턴이 새겨져 있는데 패턴이 정교할수록 정밀한 패턴을 얻을 수 있다. 패턴의 폭과 깊이의 비율(aspect ratio)은 5:1 ~ 0.01:1인 것이 바람직하며, 패턴의 폭과 깊이의 비율(aspect ratio)이 클수록 가공이 어려워지고 인쇄 중 파손의 위험도 커진다.

상기 홈부(14b)를 갖는 기판(14)은 기판 지지부(14c) 상에 배치될 수 있으며, 상기 기판(14)과 기판 지지부(14c)는 진공으로 부착되어 있을 수 있다.

상기 홈부(14b)를 갖는 기판(14)은 기판 지지부(14c)에 의하여 공정상 필요 한 위치에 배치된 지지부 고정 프레임(16)에 장착될 수 있고, 이들의 위치는 각각 상하, 좌우, 및 전후로 움직이거나 회전하여 미세 조정될 수 있다. 여기서, 기판(14)은 평판(12,13)의 위치 조절과 동일한 원리, 즉 도 7 및 도 8에 도시된 평판 이송장치를 이용하여 위치 조절을 할 수 있다. 기판(14)은 평판(12,13)처럼 x축, y축, z축, 및 θ축 모든 방향으로 위치 이동 가능하다.

지지부 고정 프레임(16)은 기판(14)을 하측에서 지지하는 역할을 하는데, 지지부 고정 프레임(16) 역시 x축, y축, z축, 및 θ축 모든 방향으로의 위치 이동이 가능하다.

또한, 기판(14)은 컨베이어장치와 구동아암을 포함하는 이송장치를 이용하여 지지부 고정 프레임(16)으로 이송시킬 수 있다. 즉, 컨베이어장치를 이용하여 기판(14)을 지지부 고정 프레임(16)까지 이송시킨 후에 구동아암을 사용하여 기판(14)을 지지부 고정 프레임(16) 위에 안착시킨 후, 진공흡착장치로 기판(14)을 지지부 고정 프레임(16) 위에 고정시킬 수 있다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이 기판(14)의 홈부(14b)에 코팅물(17a)을 충진한 후, 도 3에 도시된 바와 같이, 평판(12,13)을 상기 기판(14)의 홈부(14b)가 구비된 면에 압착시킨다. 상기와 같이 평판(12,13)과 홈부(14b)를 갖는 기판(14)을 압착할 때, 이들은 압착되는 전면적에 대하여 균일하게 소정 이상의 압력, 예컨대 10^-2~10³ Mpa의 압력을 받도록 하는 것이 바람직하다.

이와 같이 균일한 압력을 부여하는 경우에 코팅의 균일성 및 정밀성을 향상 시킬 수 있다. 또한, 상기 평판(12,13)과 홈부(14b)를 갖는 기판(14)은 압착되는 면에 대하여 수직방향으로 압착되는 것이 코팅물 패턴의 정밀성을 높일 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 평판(12,13)은 평판 블랑킷(12)과, 평판 블랑킷(12)을 지지할 수 있는 평판 블랑킷 지지부(13)로 이루어질 수 있다.

평판 블랑킷(12)과 평판 블랑킷 지지부(13)는 진공에 의하여 부착될 수 있으며, 이에 의하여 평판 블랑킷(12)이 평판 블랑킷 지지부(13)에 견고하게 고정될 수 있다.

평판 블랑킷(12)은 소프트한 실리콘 고무재질의 제1층과, 평판 블랑킷 지지부(13)와 접촉되는 단단한 PET 재질의 제2층으로 구성될 수 있다. 그리고, 평판 블랑킷 지지부(13)는 스테인리스 스틸과 같이 단단하고 마모가 덜 되는 재료로 이루어질 수 있다. 평판 블랑킷(12)은 평판 블랑킷 지지부(13)에 형성된 홀을 통해 평판 블랑킷(12)을 평판 블랑킷 지지부(13)측으로 당기는 웨이퍼 고정용 진공흡착 장치에 의해 평판 블랑킷 지지부(13)에 고정될 수 있다.

평판 블랑킷(12)과 평판 블랑킷 지지부(13)로 구성된 평판(12,13)은, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 제1이송장치 및 제2이송장치로 구성된 평판이송장치에 의해 정밀하게 상하(Z축; 도 7 참조), 좌우(y축; 도 8 참조), 전후(x축; 도 8 참조), 및 회전(θ축; 도 8 참조)방향으로 위치이동이 가능하다.

평판의 제1이송장치를 도시한 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이, 빗면을 갖는 5면체의 이동지지프레임(22)에 밑면과 평행한 방향으로 나사선을 가공하고 나사선에 제1조절스크루(21)를 결합시킨 후 제1조절스크루(21)의 회전을 조절함으로써, 평판 블랑킷(12)이 결합된 평판 블랑킷 지지부(13)를 이동지지프레임(22)의 빗면을 따라 상하(Z축)로 이동시킬 수 있다. 한 예로 제1조절스크루(21)를 나사선 내부로 삽입되도록 회전시키면 평판 블랑킷(12)이 결합된 평판 블랑킷 지지부(13)는 이동지지프레임(22)의 빗면에 의해 밀리면서 기판(14)에 접근하는 방향으로 이동된다. 이와 같이, 평판의 제1이송장치를 이용하여 평판(12,13)을 서서히 기판(14)에 접근 및 이격되는 방향(상하방향)으로 위치이동시킬 수 있게 된다. 여기서, 제1조절스크루(21)은 한 개 마련되어 있으나 제1조절스크루(21)의 개수는 한 개로 제한되는 것은 아니다.

평판의 제2이송장치를 도시한 도 8에서 볼 수 있는 바와 같이, 평판 블랑킷 지지부(13)의 옆면에 정밀한 나사선을 가공하고 나사선에 제2조절스크루(23)와 제3조절스크루(24)를 결합시킨 후 제2 및 제3조절스크루(23,24)의 회전을 조절함으로써, 평판 블랑킷(12)이 결합된 평판 블랑킷 지지부(13)를 좌우(y축) 및 전후(x축)로 이동시킬 수 있게 된다. 평판(12,13)의 θ축 이동(회전)은 평판 블랑킷 지지부 (13)의 제2조절스크루(23)과 제3조절스크루(24)를 상대 조절하여 이루어질 수 있다. 여기서, 제2조절스크루(23)와 제3조절스크루(24)는 각각 2개씩 총 4개 마련되어 있으나, 제2 및 제3조절스크루(23,24)의 개수는 이에 한정되는 것이 아니다.

그리고, 제1 및 제2이송장치로 구성된 평판이송장치는 제1조절스크루(21), 제2조절스크루(23), 및 제3조절스크루(24) 중 적어도 어느 하나에 결합되어 제1조절스크루(21), 제2조절스크루(23), 및 제3조절스크루(24) 중 적어도 어느 하나를 회전시키는 스텝핑 모터(stepping motor;25)를 더 포함할 수 있다. 스텝핑 모 터(25)를 구동시켜 각 조절스크루(21,23,24)를 회전시킴으로써, 평판(12,13)을 미세하게 위치 조절할 수 있다. 또는 수동으로 각 조절스크루(21,23,24)를 회전시킬 수도 있다. 이러한 제1 및 제2이송장치를 갖는 평판이송장치는 도면에 도시된 대로 한정되는 것은 아니다.

또한, 평판 블랑킷(12)와 평판 블랑킷 지지부(13)로 구성된 평판(12,13)을 위치이동시킬 수 있는 평판이송장치는, 평판(12,13)을 좌우로 이송시키는 좌우이송수단 및 평판(12,13)을 상하로 이송시키는 상하이송수단으로 구성될 수 있다.

좌우이송수단은 평판(12,13)이 장착되는 장착프레임 및 장착프레임에 결합되어 장착프레임을 좌우로 이동시키는 리니어모터로 구성될 수 있다. 또는 좌우이송수단은 구동아암일 수 있다.

상하이송수단은 평판(12,13)이 장착된 장착프레임을 상하로 이동시키기 위한 동력을 발생시키는 모터와, 상기 모터의 동력을 상기 장착프레임으로 전달하는 기어로 구성될 수 있다. 즉 기어방식을 통해 평판(12,13)을 상하로 이송시킬 수 있다. 또는 상하이송수단은 평판(12,13)이 장착된 장착프레임을 상하로 이동시키기 위한 동력을 발생시키는 모터와, 상기 모터의 동력에 의해 실린더 내에서 이동가능하게 설치되며 상기 장착프레임과 연결된 피스톤으로 구성될 수 있다. 즉, 압력을 이용한 피스톤방식으로 평판(12,13)을 상하로 이송시킬 수 있다. 또는 상하이송수단은 구동아암일 수 있다.

평판 블랑킷(12)은 평판인 평판 블랑킷 지지부(13)에 평평하게 부착되므로, 롤을 사용하는 경우에 비하여 평판 블랑킷(12)에 굴곡이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

상기 평판 블랑킷(12)의 재질로는 압력을 가할 때 어느 정도 이형성(異形性) 및 복원력을 갖는 것이 바람직하다. 평판 블랑킷(12)은 상기와 같은 성질을 가져야 홈부(14b)를 갖는 기판(14)에 완전히 밀착될 수 있고, 홈부(14b)에 충진된 코팅물(17a)을 완전히 전사받을 수 있다.

상기 평판 블랑킷(12)의 재료는 상기 홈부(14b)를 갖는 기판(14)보다 코팅물(17a)에 대한 흡착력이 크고, 피인쇄체(15)보다 코팅물(17a)에 대한 흡착력이 작은 것이 바람직하다. 따라서 본 발명에 있어서, 평판 블랑킷(12)의 재질로는 실리콘계 고무가 바람직하다. 예컨대, 기판(14)이나 피인쇄체(15)로 유리를 사용하는 경우, 평판 블랑킷(12)은 실리콘 고무를 사용할 수 있다. 실리콘 고무로 대표적인 것에는 폴리다이메틸실록세인(polydimethylsiloxane)이 있고 이 외에도 폴리우레탄과 같이 외부의 힘에 대해 변형을 하고 일정시간 이후에 복원을 하면서 에너지를 보존하는 계를 만드는 일라스토머(elastomer)는 모두 평판 블랑킷을 형성하기 위해 사용할 수 있다. 한 예로 평판 블랑킷은 PDMS원액와 경화제를 혼합한 후 정반에서 경화시킴으로써 얻을 수 있다. 이때 일정한 두께를 얻기 위해 스핀이나 슬릿타입의 코터가 쓰일 수 있다. 경화 후 블랑킷은 로크웰C스케일 20~69의 경도를 갖도록 하는 것이 적당하며, 경도는 경화되는 폴리머 사슬의 촘촘한 정도와 PDMS에 폴리우레탄을 첨가하는 경우 그 첨가량을 변화시킴으로써, 조절할 수 있다.

상기 평판 블랑킷 지지부(13)는 대형화시 롤을 이용하는 경우에 비하여 자체 하중의 증가가 적기 때문에 롤 방식에 비하여 내구성이 크다.

이에 더하여, 상기 평판 블랑킷 지지부(13)를 중력이나 자체 하중에 변형이 거의 없는 대리석과 같은 자연석이나 세라믹과 같은 무기 재료 또는 스테인리스 스틸을 이용하여 얇게 가공하여 제조하면, 평판 블랑킷 지지부(13)의 내구성을 더욱 향상시킬 수 있다.

상기 대리석이나 세라믹은 금속이나 고분자 재료에서 나타나는 변형이 거의 나타나지 않기 때문이다.

이어서, 평판 블랑킷(12)에 전사된 코팅물(17b)을 피인쇄체(15)와 접촉시킴으로써 피인쇄체(15)에 전사시킬 수 있으며, 이와 같은 공정은 도 4 내지 도 6에 예시되어 있다.

이 단계에서도 역시 평판(12,13)과 피인쇄체(15)는, 코팅물(17b)의 패턴 형성의 균일성 및 정밀성을 위하여 위하여, 접촉되는 전면적에 대하여 균일한 압력을 받고, 접촉하는 면에 대하여 수직 방향으로 접촉되는 것이 바람직하다.

상기 피인쇄체(15)의 재료는 평판 블랑킷(12) 보다 흡착력이 큰 것이 바람직하다. 이에 상기 피인쇄체(15)로는 유리와 같이 단단한 표면을 갖는 물질과 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐 등과 같이 고분자 폴리머로서 구부러질 수 있는 표면을 갖는 물질이 모두 가능하다. 예를 들면, e-페이퍼(e-paper) 또는 플렉서블 디스플레이(flexible display)에 사용되는 폴리에스테르(polyester), PET 등의 플렉서블 플라스틱 재료; 또는 PCB의 기판 등에 이용되는 폴리우레탄 재질 또는 에폭시 재질의 경질의 플라스틱 재료; 또는 유리를 사용할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

상기 피인쇄체(15)는 피인쇄체 지지부(15a) 상에 배치될 수 있으며, 피인쇄체(5)는 피인쇄체 지지부(15a)와 진공으로 부착되어 있을 수 있다.

피인쇄체(15)는 피인쇄체 지지부(15a)에 의하여 공정상 필요한 위치에 배치된 지지부 고정 프레임(16)에 장착될 수 있고, 이들의 위치는 각각 상하, 좌우, 전후, 및 회전으로 미세 조정될 수 있다.

여기서, 피인쇄체(15)는 전술한 평판(12,13)의 위치 조절과 동일한 원리, 즉 도 7 및 도 8에 도시된 평판 이송장치를 이용하여 위치 조절을 할 수 있다. 피인쇄체(15)는 전술한 평판(12,13)처럼 x축, y축, z축, 및 θ축 모든 방향으로 위치 이동 가능하며, 피인쇄체(15)와 기판(14)은 서로 독립적으로 상기 변수 값(x축, y축, z축, 및 θ축)에 따른 위치 조절이 가능하다.

지지부 고정 프레임(16)은 기판(14)과 함께 피인쇄체(15)를 하측에서 지지하는 역할을 하는데, 지지부 고정 프레임(16) 역시 x축, y축, z축, 및 θ축 모든 방향으로의 위치 이동이 가능함에 따라, 피인쇄체(15)과 기판(14)을 동시에 동일한 이동거리를 이동시키고자 할 때 편리하다.

또한, 피인쇄체(15)는 컨베이어장치와 구동아암을 포함하는 이송장치를 이용하여 지지부 고정 프레임(16)으로 이송시킬 수 있다. 즉, 컨베이어장치를 이용하여 피인쇄체(15)를 지지부 고정 프레임(16)까지 이송시킨 후에 구동아암을 사용하여 피인쇄체(15)를 지지부 고정 프레임(16) 위에 안착시킨 후, 진공흡착장치로 피인쇄체(15)를 지지부 고정 프레임(16) 위에 고정시킬 수 있다.

본 발명의 방법을 적용할 수 있는 코팅물로는 특별히 제한되지 않으나, TFT- LCD용 컬러필터(color filter)를 형성할 수 있는 광학 잉크, 전자회로 등을 형성하는데 사용될 수 있는 배선용 금속 용액, 도전성 페이스트(paste)나, 레지스트(resist) 등과 같은 기능성 수지, 정밀한 패터닝이 요구되는 접착제 및 점착제 등 액체상태의 모든 용액이 사용될 수 있다. 다만, 상기 코팅물들은 평판 블랑킷, 특히 실리콘 재질의 블랑킷과 반응하지 않는 것이 바람직하다. 본 발명이 적용될 수 있는 최적화된 장치로는 LCD(liquid crystal display)용 컬러필터 공정, LCD용 TFT(thin film transistor)회로 공정, PDP(plasma display panel) 필터 공정, PDP 상판 및 하판 전극 공정, PDP 격벽 제조장치, 전기화학적 증착을 위한 촉매 미세 패터닝 장치, 반도체용 리소그래피 장치, 선택적 친수 및 소수 처리장치, 및 플렉서블 디스플레이 혹은 E-페이퍼(E-paper)에 있어서 실란트(sealant)의 선택적 도포 장치를 예로 들 수 있다.

본 발명에 있어서, 피인쇄체(15)로 전사된 코팅물(17c)의 패턴은 건조단계를 거쳐 피인쇄체(15)에 고착될 수 있다. 건조는 컨벡션 오븐(convection oven)이나 핫플레이트(hot plate) 또는 UV 노광기에서 이루어질 수 있으며, 당 기술분야에 알려진 다른 건조 방법들을 이용할 수 있다. 그러나 이들 방법에 한정되는 것은 아니다. 상기 코팅물의 패턴은 상기 건조 과정에 의하여 고형화되어 외부의 물리화학적 변화에 견딜 수 있다.

본 발명의 방법에 있어서, 평판과 기판, 또는 평판과 피인쇄체는 압착되는 전면적에 대하여 균일한 압력(10^-2~10³ Mpa)으로 압착되는 것이 바람직하다. 평판과 기판을 압착시킬 때 과도한 압력으로 압착되는 경우 평판이 기판의 바닥에 닿게 될 수 있다. 압력설정에 대한 분해능은 최소 가능가압의 1/1000 이상이 되어야 하며, 평판과 기판이 근접하였을 때 또는 평판과 피인쇄체가 근접하였을 때에는 미세압력으로 얼라인(align)을 맞추면서 가압하는 것이 바람직하다.

이와 같이 하는 경우 피인쇄체에 균일하고 정밀도 높은 코팅물의 패턴이 형성될 수 있다. 본 발명에서는 이와 같이 상기 압착면들이 전면적에 대하여 균일한 압력으로 압착하도록 하기 위하여 전기적 또는 광학적 압착 감응 방법을 사용할 수 있다.

전기적인 방법으로서 압전소자(PZT: Piezoelectric Transducer, 혹은 quartz crystal)를 사용할 수 있는데, 예컨대 평판 블랑킷 지지부의 적어도 2곳, 바람직하게는 적어도 3곳에 압전소자를 장착하여 평판 블랑킷과 기판 또는 평판 블랑킷과 피인쇄체가 압착될 때 압력을 전기적으로 변환하여 그 압력을 균일하게 조정할 수 있다.

또한, 광학적인 방법으로는 레이저 간섭계(laser interferometer)를 사용할 수 있는데, 예컨대 평판 블랑킷 지지부의 적어도 2곳, 바람직하게는 적어도 3곳에 레이저 간섭계를 설치함으로써 평판 블랑킷과 기판이 접근할 때 또는 평판 블랑킷과 피인쇄체가 접근할 때 이들의 접근 거리를 나노미터(nm) 수준으로 조정할 수 있다. 상기 레이저 간섭계는 기본적으로 무아레(Moire)패턴을 이용해서 평판 블랑킷과 기판 간의 거리 또는 평판 블랑킷과 피인쇄체 간의 거리를 수십nm이내로 감지할 수 있으며, 간섭에 사용되는 주기가 있는 정밀 그레이팅(grating)간의 차가 작을수 록 감지정밀도는 커진다.

이와 같은 방법을 이용함으로써, 본 발명의 방법에서는 평판을 이용하여 대면적에도 균일하면서도 정밀하게 코팅물의 패턴을 형성할 수 있다. 전술한 압전소자 또는 레이저 간섭계는 당 기술 분야에서 사용된 바는 없으나, 타기술분야의 산업 공정에서 일반적으로 사용되어 온 기술이므로, 이들 기술을 전용하여 본 발명의 방법에 적용할 수 있다.

본 발명의 방법에 따르면, 평판을 이용하여 코팅물, 바람직하게는 기능성 물질을 피인쇄체에 직접 전사할 수 있으므로, 공정이 매우 간단하고, 비용이 비교적 저렴하며, 고정밀도 및 고속도로 코팅물의 미세 패턴화가 가능하다. 이와 같은 방법을 전자 소재와 같은 기능성 물질의 패턴화 공정에 적용함으로서 전자 소자의 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 평판이송장치에 의해 판면을 기준으로 Z축 방향, X축 방향, Y축 방향, 및 θ축 방향으로 이송가능하게 마련된 평판;

   상기 평판의 하측에 배치되며, 코팅물이 충진될 수 있는 홈부가 형성된 기판;

   상기 기판의 홈부에만 코팅물이 충진될 수 있도록 코팅물의 충진량을 조절하는 충진량조절수단을 포함하며,

   상기 충진량조절수단에 의해 상기 홈부에만 코팅물이 충진된 기판을 향해 상기 평판을 이송시키고, 상기 평판과 상기 기판을 압착하여 상기 홈부에 충진된 코팅물을 상기 평판으로 전사한 다음, 상기 평판을 이송시켜 상기 평판의 코팅물을 피인쇄체의 피인쇄면에 전사하여 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 코팅물의 패턴화 장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 평판이송장치는

   상기 평판의 이동을 안내하는 이동지지프레임과, 상기 이동지지프레임에 설치되어 상기 평판의 판면에 대해 z축 방향으로 상기 평판의 이동을 조절하는 제1조절스크루를 갖는 제1이송장치; 및

   상기 평판에 설치되어 상기 평판의 판면방향을 따라 X축 방향, Y축 방향, 및 θ축 방향으로 상기 평판의 이동을 조절하는 제2조절스크루와 제3조절스크루를 갖는 제2이송장치

   를 포함하는 코팅물의 패턴화 장치.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 평판이송장치는 상기 제1조절스크루, 상기 제2조절스크루, 및 상기 제3조절스크루 중 적어도 어느 하나에 연결된 스텝핑 모터를 더 포함하는 코팅물의 패턴화 장치.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 기판과 상기 피인쇄체를 하측에서 지지하는 지지부 고정프레임을 더 포함하는 코팅물의 패턴화 장치.

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